Нержавеющая сталь: характеристики и применения

Разработка нержавеющей стали проистекает из ее врожденных свойств, которые, в свою очередь, удовлетворяют различные требования. Хотя ее ключевой характеристикой является коррозионная стойкость, нержавеющая сталь не определяется исключительно этой чертой. Она также обладает уникальными механическими свойствами (такими как предел прочности, прочность на растяжение, прочность на сдвиг, прочность при высоких температурах и прочность при низких температурах), физическими свойствами (включая плотность, удельную теплоемкость, коэффициент линейного расширения, теплопроводность, электрическое сопротивление, магнитную проницаемость и модуль упругости), обрабатываемостью (такой как формуемость, свариваемость и обрабатываемость), а также металлографическими характеристиками (фазовый состав, микроструктура и т.д.). Эти свойства в совокупности определяют нержавеющую сталь. Ниже мы кратко представим некоторые из ее основных характеристик.

(1) Прочность (Удлинение, Предельная прочность)

Сила нержавеющей стали зависит от различных факторов, при этом добавление различных химических элементов, в первую очередь металлических элементов, является наиболее важным и основополагающим. Разные типы нержавеющей стали демонстрируют различные характеристики прочности из-за различий в их химическом составе.

(a) Мартенситные нержавеющие стали

Мартенситные нержавеющие стали, как и обычные легированные стали, обладают способностью закаляться при закалке. Поэтому широкий спектр механических свойств можно достичь, выбирая соответствующие марки и условия термообработки.

Мартенситные нержавеющие стали можно broadly классифицировать как железо-хром-углеродные нержавеющие стали. Их можно further разделить на мартенситные хромовые нержавеющие стали и мартенситные хром-никелевые нержавеющие стали. Тенденции в изменениях прочности при добавлении таких элементов, как хром, углерод и молибден, к мартенситным хромовым нержавеющим сталям, а также характеристики прочности при добавлении никеля к мартенситным хром-никелевым нержавеющим сталям, описаны ниже.

При закалке и отпуске увеличение содержания хрома в мартенситных хромистых нержавеющих сталях приводит к увеличению содержания феррита, что, в свою очередь, снижает твердость и прочность на растяжение. Для низкоуглеродных мартенситных хромистых нержавеющих сталей в отожженном состоянии увеличение содержания хрома приводит к незначительному увеличению твердости и незначительному снижению удлинения. При фиксированном содержании хрома увеличение содержания углерода повышает твердость стали после закалки, одновременно снижая ее пластичность. Основная цель добавления молибдена заключается в повышении прочности, твердости стали и эффекта вторичной закалки. Эффект добавления молибдена становится особенно выраженным после закалки при низкой температуре, при этом его содержание обычно составляет менее 1%. В мартенситных хромоникелевых нержавеющих сталях наличие определенного количества никеля снижает содержание δ-феррита в стали, что позволяет достичь более высоких значений твердости.

Химический состав мартенситных нержавеющих сталей характеризуется добавлением таких элементов, как молибден, вольфрам, ванадий и ниобий на основе различных комбинаций 0,1%-1,0% углерода и 12%-27% хрома. Из-за их объемно-центрированной кубической структуры их прочность резко снижается при высоких температурах. Однако при температуре ниже 600°C они демонстрируют высокую прочность при высоких температурах и прочность на сжатие, которые являются одними из самых высоких среди всех типов нержавеющих сталей.

(b) Ферритные нержавеющие стали

Согласно результатам исследований, когда содержание хрома составляет менее 25%, ферритная структура препятствует образованию мартенситной структуры, что приводит к снижению прочности с увеличением содержания хрома. Когда содержание хрома превышает 25%, эффект упрочнения твердого раствора сплава немного увеличивает прочность. Увеличение содержания молибдена способствует образованию ферритной структуры, способствует осаждению фаз α', β и χ, а также повышает прочность за счет упрочнения твердого раствора. Однако это также увеличивает чувствительность к надрезам, тем самым снижая вязкость. Влияние молибдена на повышение прочности ферритных нержавеющих сталей больше, чем влияние хрома.

Химический состав ферритных нержавеющих сталей характеризуется содержанием 11%-30% хрома с добавлением ниобия и титана. Их прочность при высоких температурах является наименьшей среди всех типов нержавеющих сталей, но они демонстрируют высокую устойчивость к термическому усталостному разрушению.

(c) Аустенитные нержавеющие стали